数据库系统工程师考点知识精讲四Word文档格式.doc

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页号+页内地址。

　　页表：

又称为页面映射表。

作用是实现从页号到物理块号的地址映射。

　　快表：

是页表方式的改良，是在地址映射机构中增加一个联想存储器（是由一组高速存储器组成），这就是所谓的快表。

它用来保存当前访问频率最高的少数活动页的页号及相关信息。

另外还有一种方法是增加高速寄存器来保存页表，但这样的成本太大。

　　两级页表机制：

是为了减少页表占用的连续地址空间，而提出的方法。

使用两级或多级页表机制来存储页表。

　　17、分段存储管理

　　原理：

在分段式存储管理系统中，为每个段分配一个连续的分区，而进程中的各个段可以离散地分配到主存的不同分区中。

在系统中为每个进程建立一张段映射表，简称段表。

每个段在表中占有一个项，记录该段在主存中的起始地址（基址）和段的长度。

进程在执行时，通过查段表来找到每个段所对应的主存区。

因此，段表实现了逻辑段到物理主存区的映射。

　　分段系统的地址结构：

段号（名）+段内地址

　　特点：

段是信息的逻辑单位，因此分段的一个突出优点是易于实现段的共享，即若干个进程共享一个或多个段，而且对段的保护也很简单。

在分页系统中，虽然也能实现程序和数据的共享，但远不如分段系统方便。

　　段页式存储管理，原理是先将主存划分为大小相等的存储块（页框），再将用户程序按程序的逻辑关系分为若干个段，为每个段命名，然后将每个段划分为若干个页，以页架为单位离散分配。

　　段页式系统的地址结构：

段号+段内页号+页内地址。

　　18、虚拟存储管理

　　程序的局部性：

时间局限性和空间局限性。

前者指程序中的某条指令或某个存储单元一旦被执行或访问，则在不久的将来可能会再次发生（因为程序中存在着大量的循环操作）；

后者指一旦程序访问了某个存储单元，则不久的将来该存储单元附近的存储单元也最有可能被访问（因为程序是顺序执行的）。

　　虚拟存储器，从用户的角度看，是这样一个系统，它所具有的主存容量比实际主存容量大得多。

它是根据局部性原理，在一个作业运行之前只把部分程序和数据装入主存，其余部分留在磁盘上。

如果要访问的页或段未在主存中（称为缺页或缺段）则将它们调入主存。

　　虚拟存储器的实现：

　　请求分页系统，它是在分页系统的基础上，增加了请求调页和页面置换功能后所形成的页式虚拟存储系统。

　　请求分段系统，它是在分段系统的基础上，增加了请求调段和段置换功能后所形成的段式虚拟存储系统。

　　请求段页式系统，它是在段页式基础上，增加了请求调页和页面置换功能后所形成的段页式虚拟存储系统。

　　其中请求分页系统是目前常用的一种虚拟存储器方式。

其页面置换算法的好坏直接影响系统性能，不当的置换算法可能会导致系统“抖动”.常用的页面置换算法有：

最佳置换算法、先进先出置换算法、最近最久未使用置换算法和最近未用置换算法。

　　虚拟存储器的特征：

离散性、多次性、对换性、虚拟性。

工作集的概念是指在某段时间间隔里，进程实际要访问的页面的集合。

　　虚存容量不是无限的，它受主存和外存可利用的总容量限制；

虚存还受计算机总线地址结构限制。

虚存的扩大是以牺牲CPU工作时间和主存与外存交换时间为代价的。

虚存是由操作系统调度，采用主存外存交换技术，各道程序在必须使用时调入主存，不用的程序则调出主存。

　　19、设备管理，包括各种设备分配、缓冲区管理和实际物理I/O设备操作，通过管理达到提高设备利用率和方便用户使用的目的。

　　设备的分类

　　按数据组织分为：

块设备,如磁带、磁盘。

　　字符设备，如打印机、交互式终端。

　　按资源分配分为：

独占设备，如打印机。

　　共享设备，如磁盘。

　　虚拟设备，如利用假脱机技术将一台独占设备变为多个用户共享的逻辑设备。

　　按数据传输速率：

低速设备，如键盘、鼠标。

　　中速设备，如打印机。

　　高速设备，如磁盘。

　　设备管理的目标是如何提高设备的利用率，为用户提供方便统一的界面。

　　设备管理的任务是保证在多道程序环境下，当多个进程竞争使用设备时，按一定策略分配和管理各种设备，控制设备的各种操作，完成I/O设备与主存之间的数据交换。

　　20、I/O软件

　　IO设备管理软件分为4层：

由低到高为中断处理程序--设备驱动程序--与设备无关的系统软件--用户级软件。

　　设备驱动程序是直接同硬件打交道的软件模块，它与IO设备的硬件结构有密切的联系。

它的任务就是接受来自与设备无关的上层软件的抽象请求，进行与设备有关的处理。

　　设备的IO方式：

　　通道,使数据的传输独立于CPU,CPU只须向通道发出IO命令，由通道完成IO任务后再向CPU发出中断信号。

　　DMA,是指数据在主存和IO设备之间直接传送，CPU只需要在首尾做些处理。

　　缓冲技术，缓冲区技术可提高外设利用率，使外设尽可能处于忙状态。

分为硬件缓冲（由硬件寄存器实现）和软件缓冲（由操作系统实现）。

缓冲技术的优点是：

可以缓和CPU与IO设备间速度不匹配的矛盾；

减少CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制；

提高CPU和IO设备之间的并行性。

　　21、Spooling技术

　　Spooling是外围设备联机操作的简称，又称为假脱机系统。

Spooling实际上是用一类物理设备模拟另一类物理设备的技术，是使独占使用的设备变成多台虚拟设备的技术，是一种速度匹配技术。

　　Spooling由预输入程序、缓输出程序、井管理程序、输入井输出井组成。

　　Spooling系统中拥有一张作业表来登记进入系统的所有作业的作业名、状态、预输入表位置等信息。

每个作业拥有一张预输入表来登记该作业的各个文件的情况，包括设备类、信息长度及存放位置等。

（包括图）

　　输入井中的作业有4种状态：

提交、后备、执行、完成。

　　22、磁盘调度，分为移臂调度和旋转调度两种。

并且是先进行移臂调度，然后再进行旋转调度。

因为访问磁盘最耗时的是寻道时间，所以磁盘调度的目标是减少磁盘的平均寻道时间。

　　磁盘驱动调度，常用的磁盘调度算法有先来先服务FCFS、最短寻道时间SSTF、扫描算法SCAN（又称为电梯调度算法）、单向扫描调度算法CSCAN、N-Step-SCAN算法（磁臂粘着）、FSCAN算法。

　　FCFS的优点是简单，缺点是平均寻道时间太长；

SSTF的优点是每次的寻道时间最短，缺点是不能保证平均寻道时间最短，且有高度局部化的倾向，会推迟某些请求以致引起饥饿；

SCAN的优点是避免了饥饿现象，缺点是可能有个别请求被严重延迟；

C-SCAN为的是避免SCAN的缺点。

　　旋转调度算法，该算法用来计算，当移动臂定位后，有多个进程等待访问该柱面时，这些进程的访问顺序。

系统应该选择延迟时间最短的进程对磁盘的扇区进行访问。

　　23、文件：

具有符号名的、在逻辑上具有完整意义的一组相关信息项的集合。

文件是一种抽象机制，它隐藏了硬件和实现细节。

　　文件管理系统：

就是操作系统中实现文件统一管理的一组软件和相关数据的集合，是专门负责管理和存取文件信息的软件机构，简称文件系统。

　　文件系统的功能：

按名存取、统一的用户接口、并发访问和控制、安全性控制、优化性能、差错恢复。

　　文件的结构和组织：

文件的结构是指文件的组织形式。

从用户的角度看到的文件组织形式称为文件的逻辑结构；

从实现的角度看文件在存储器上的存放方式，称为文件的物理结构。

　　文件的逻辑结构分为2类：

一是有结构的记录式文件；

另一是无结构的流式文件。

　　文件的物理结构，决定了文件的逻辑块号到物理块号的转换方式。

常见的物理结构有：

连续结构（顺序结构）、链接结构、索引结构、多个物理块的索引表（链接、多重索引表、unix的索引结构）。

索引顺序文件既适合于交互方式应用，也适合于批处理方式应用。

　　文件目录，就是文件控制块的有序集合。

文件控制块FCB是用于描述和控制文件的数据结构。

常见的目录结构有3种：

一级目录结构，二级目录结构，多级目录结构。

　　文件的存取方法有顺序和随机两种。

　　磁盘分配表，就是外存进行空间管理的数据结构。

　　常用的空闲空间管理方法：

位示图、空闲表法、空闲链表及成组链接法。

　　文件的使用：

文件系统为每个文件与该文件在磁盘上的存放位置建立了对应关系。

文件系统通过用户给出的文件名查找对应文件的存放位置并读出内容。

在多用户环境下，操作系统为每个文件建立和维护关于访问权限等方面的信息。

为此操作系统在操作级和编程级为用户提供文件服务。

　　文件共享：

是指不同用户使用同一文件。

有多种共享形式，采用文件名与文件说明分离的目录结构有利于实现文件共享。

　　在Unix系统中允许多用户基于索引结点的共享，或利用符号链接共享同一个文件。

基于索引结点的共享方式又有静态共享和动态共享两种方式。

这样子，会在打开文件表、系统打开文件表、内存i结点表及磁盘间形成一副关系图。

这种关系图在辅导教材的155页的几个例子中有图解，可以体味。

　　符号链接会增加系统的读盘次数，而硬链接的共享文件的目录文件表目中已包括了共享文件的索引结点号。

　　文件保护：

文件系统对文件的保护采用存取控制方式进行。

存取控制就是不同的用户对文件的访问规定不同的访问权限。

常用的存取控制方式有，存取控制矩阵、存取控制表、用户权限表、密码。

　　存取控制矩阵，就是一个二维矩阵，一维列出全部用户，另一维列出全部的文件，每个矩阵元素表示某个用户对某个文件的存取权限。

　　存取控制表，就是按用户对文件的访问权力的差别对用户进行分类，该存取控制表可存放在每个文件的文件控制块中。

UNIX使用的这种方式，用9位二进制数表示三类用户对文件的存取权限，该权限存在文件索引节点的di_mode中。

　　用户权限列表，以用户或用户组为单位将用户可存取的文件集中起来存入表中，表中的每个条目表示该用户对相应文件的存取权限。

这相当于把存取控制矩阵简化为一行。

　　系统的安全性：

分为4个级别，系统级、用户级、目录级和文件级。

　　文件系统的可靠性：

转储与恢复，日志文件，文件系统的一致性。

　　24、作业，是系统为完成一个用户的计算任务所做的工作总和。

作业中的每个步骤又称为作业步。

　　作业控制：

分为脱机控制和联机控制两种方式。

在脱机控制中用户必须使用作业控制语言（JCL）编写作业说明书，并同作来一同提高给系统。

　　作业控制块JCB:

是记录作业各种有关信息的登记表。

JCB是作业存在的惟一标志，其中包括用户名、作业名和状态标志等信息。

JCB被用于在输入井中形成作业后备队列。

　　作业的4种状态：

提交、后备、执行和完成。

注意它们的状态转换图。

　　作业调度算法：

先来先服务算法、短作业优先、响应比高者优先、优先级、均衡调度算法。

其中响应比是取值于“作业响应时间除以作业执行时间”,作业响应时间是作业时间与作业等待时间之和。

　　作业周转时间=作业完成时间-作业提交时间,N个作业的平均周转时间就是取N个作业的周转时间平均值。

　　作业带权周转时间=（作业完成时间-作业提交时间）/作业执行时间

　　25、UNIX操作系统

　　UNIX系统的结构：

它是一种多用户、多任务的分时操作系统，一般由存储管理、进程管理、设备管理和文件系统管理几个部分组成。

　　unix文件系统的目录结构是树形带交叉勾连的，根目录记为“/”.目录是一个包含目录项的文件。

进程可以通过系统调用访问文件。

unix文件系统的布局如图所示：

　　|引导块|超级块|索引结点区|数据存储区|

　　Unix进程的组成：

由控制块PCB、正文段和数据段组成。

　　Unix进程的控制：

有一个进程控制子系统，提供了如fork,exec,exit,wait,signal,kill,msgsnd,msgrcv等系统调用，以完成进程的同步、通信、存储及调度。

　　Unix进程的调度：

采用优先数算法，进程的优先数随进程的运行情况而变化。

　　Unix进程的存储：

早期采用对换技术；

高版本的Unix的主存管理采用的分页式虚拟存储机制，以对换技术作为辅助手段。

　　Unix的设备管理：

Unix上包括两类设备，即块设备和字符设备。

Unix设备管理有这样的特点，

　　块设备与字符设备具有相同的层次结构（对它们的控制方法和所采用的数据结构、层次结构相同）；

　　将设备作为一个特殊文件并赋予一个文件名（文件存取与对设备的使用，具有了统一的接口）；

　　采用完善的缓冲区管理技术（预先读、异步写、延迟写）。

　　26、Windows操作系统

　　Windows的体系结构：

通过硬件实现了核心态和用户态两种特权状态。

核心组件使用了面向对象的设计原则，一般不能直接访问某个数据结构中由单个组件维护的消息，这些组件只能使用外部接口传送参数访问或修改这些数据。

　　Windows的核心态模块有：

核心、执行体、硬件抽象层、设备驱动程序、图形引擎。

　　Windows的文件系统：

NTFS使用64位簇进行索引，NTFS的特征有可恢复性、安全性、大磁盘和大文件、多数据流和通用索引功能。

　　在Windows中进程是资源分配的单位，并将进程作为对象来进行管理。

Windows的线程是内核线程，是处理机的调度单位。

　　存储管理，Windows默认使用二级页面表结构来转换物理地址和虚拟地址。

　　Windows的设备管理，建立了广义的资源管理概念，并统一地用对象模型来描述和规范化，大大降低了系统的复杂性。

在输入输出上，建立了一个一致的高层界面--IO设备虚拟界面。

将所有的读写数据看成直接送往虚拟文件的字节流。